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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김윤용
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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ECC와 고강도 특수 보강근으로 보강된 철근콘크리트 휨부재의 성능 평가
현 창 진
충남대학교 대학원 토목공학과 구조공학전공
( 지도교수 김 윤 용 )
기반산업의 수요를 충족시키기 위한 신속한 건설에 중점을 두었던 20세기와 달리 21세기는 노후화 및 고령화된 구조물을 개선하는 것이 중요한 문제이다.
콘크리트 구조물은 교통하중 등 반복하중에 의한 피로로 균열이 발생한다. 겨울철 동결융해 및 제빙제에 의한 복합열화는 균열의 확장을 가속화하며 유해인자의 침투는 또한 증가하여 철근 부식을 유발한다. 이러한 콘크리트의 균열과 철근의 부식은 철근 콘크리트 구조물의 내구성을 크게 감소시키는 요인이다.
구조물의 내구성 저하를 방지하기 위해 기존 콘크리트의 취성적인 성질을 보완하여 고내구성, 고인성 특성을 가진 고인성 섬유복합 모르타르(Engineered Cementitious Composite, ECC)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. ECC는 인장하중에서 균열의 분산과 변형경화 특성으로 철근 콘크리트(Reinforced concrete, 이하 RC)구조체에 비해 상대적으로 휨, 인장, 압축 파괴 시 취성거동에 대해 안전하다. 또한, 단일 균열에서 과다한 균열 확장을 방지하고 다수의 미세균열이 분포하는 연성거동 특성으로 구조부재의 급격한 열화를 방지한다.
이 연구에서는 노후화로 인해 내구성이 감소한 철근콘크리트 부재의 성능 및 균열제어 성능을 개선하기 위해 ECC와 초고강도 철근(Super Strength Rebar, SB) 및 FRP bar(Fiber Reinforced Polymers, FRP bar)로 보강한 철근콘크리트 보를 제작하였으며 구조성능 향상 정도를 평가하고 해석하여 ECC와 SB, FRP bar를 이용한 보강공법의 유효성을 검증하였다.
이 연구의 결과는 다음과 같다.
1. ECC와 SB, FRP bar를 활용하여 보강된 실험체는 철근이 항복한 이후 충분한 연성능력을 보이면서 안정적인 휨 인장 파괴를 나타내었으며, 이미 발생될 균열을 주변으로 추가의 미세균열이 발생하면서 하중이 증가되는 특성을 나타내었다.
2. ECC와 SB, FRP bar로 보강한 실험체는 본 연구에서 계획한 실험체형태 및 변수조건하에서 초기균열하중, 초기균열 후 등가강성, 항복강도, 최대강도에서 기준실험체 및 기존 보강공법 실험체에 비하여 우수한 성능을 나타내었다. 이는 고인성, 고내구성, 고강도의 특성을 가지는 ECC와 SB의 상호작용에 의한 것으로 판단된다.
3. 비선형 휨 해석결과는 실험결과와 유사한 결과를 나타내었다. 해석 및 실험결과, ECC 단면교체와 특수보강근으로 보강된 철근 콘크리트 부재는 균열이후 고연성 능력과 내구성 향상을 나타낸다.
4. 박리․박락 방지성능과 균열저항성이 우수한 ECC와 초고강도철근을 활용한 보강공법은 지속가능한 보수․보강공법을 개발하는데 있어서 적합하다고 판단된다.
현 창 진
충남대학교 대학원 토목공학과 구조공학전공
( 지도교수 김 윤 용 )
기반산업의 수요를 충족시키기 위한 신속한 건설에 중점을 두었던 20세기와 달리 21세기는 노후화 및 고령화된 구조물을 개선하는 것이 중요한 문제이다.
콘크리트 구조물은 교통하중 등 반복하중에 의한 피로로 균열이 발생한다. 겨울철 동결융해 및 제빙제에 의한 복합열화는 균열의 확장을 가속화하며 유해인자의 침투는 또한 증가하여 철근 부식을 유발한다. 이러한 콘크리트의 균열과 철근의 부식은 철근 콘크리트 구조물의 내구성을 크게 감소시키는 요인이다.
구조물의 내구성 저하를 방지하기 위해 기존 콘크리트의 취성적인 성질을 보완하여 고내구성, 고인성 특성을 가진 고인성 섬유복합 모르타르(Engineered Cementitious Composite, ECC)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. ECC는 인장하중에서 균열의 분산과 변형경화 특성으로 철근 콘크리트(Reinforced concrete, 이하 RC)구조체에 비해 상대적으로 휨, 인장, 압축 파괴 시 취성거동에 대해 안전하다. 또한, 단일 균열에서 과다한 균열 확장을 방지하고 다수의 미세균열이 분포하는 연성거동 특성으로 구조부재의 급격한 열화를 방지한다.
이 연구에서는 노후화로 인해 내구성이 감소한 철근콘크리트 부재의 성능 및 균열제어 성능을 개선하기 위해 ECC와 초고강도 철근(Super Strength Rebar, SB) 및 FRP bar(Fiber Reinforced Polymers, FRP bar)로 보강한 철근콘크리트 보를 제작하였으며 구조성능 향상 정도를 평가하고 해석하여 ECC와 SB, FRP bar를 이용한 보강공법의 유효성을 검증하였다.
이 연구의 결과는 다음과 같다.
1. ECC와 SB, FRP bar를 활용하여 보강된 실험체는 철근이 항복한 이후 충분한 연성능력을 보이면서 안정적인 휨 인장 파괴를 나타내었으며, 이미 발생될 균열을 주변으로 추가의 미세균열이 발생하면서 하중이 증가되는 특성을 나타내었다.
2. ECC와 SB, FRP bar로 보강한 실험체는 본 연구에서 계획한 실험체형태 및 변수조건하에서 초기균열하중, 초기균열 후 등가강성, 항복강도, 최대강도에서 기준실험체 및 기존 보강공법 실험체에 비하여 우수한 성능을 나타내었다. 이는 고인성, 고내구성, 고강도의 특성을 가지는 ECC와 SB의 상호작용에 의한 것으로 판단된다.
3. 비선형 휨 해석결과는 실험결과와 유사한 결과를 나타내었다. 해석 및 실험결과, ECC 단면교체와 특수보강근으로 보강된 철근 콘크리트 부재는 균열이후 고연성 능력과 내구성 향상을 나타낸다.
4. 박리․박락 방지성능과 균열저항성이 우수한 ECC와 초고강도철근을 활용한 보강공법은 지속가능한 보수․보강공법을 개발하는데 있어서 적합하다고 판단된다.
목차
제1장 서론 11.1 연구배경 및 연구목적 11.2 연구내용 및 범위 2제2장 기존 연구 고찰 42.1 ECC 42.1.1 개요 42.1.2 마이크로역학 62.1.3 섬유 경계면의 부착 특성과 시멘트 매트릭스 72.1.4 ECC의 설계이론 102.2 기존 보강 공법 142.2.1 강판접착공법 142.2.2 단면증대법 152.2.3 ECC 162.2.4 FRP를 이용한 보강공법 16제3장 실험방법 및 사용재료 193.1 개요 193.2 실험체 형태 및 변수 193.3 실험체 제작 213.4 사용재료 223.4.1 ECC 223.4.2 초고강도철근 243.4.3 FRP 253.5 실험방법 26제4장 실험결과 및 분석 284.1 압축강도 284.2 휨 거동 특성 294.2.1 균열 및 파괴양상 294.2.2 하중-변위 관계 324.3 등가강성특성 404.4 하중-변위 관계 해석 결과 비교 및 분석 404.4.1 비선형 해석 결과 43제5장 결론 45참 고 문 헌 47ABSTRACT 50
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